聚吡咯导电聚合物驱动器力学性能分析

发布时间：2017-11-03 00:15

  本文关键词：聚吡咯导电聚合物驱动器力学性能分析

  更多相关文章： 导电聚合物驱动器 悬臂梁模型 耦合模型 聚吡咯 ANSYS

【摘要】：导电聚合物(Conducting polymers缩写为CPs)是由电性能和力学性能复合产生的一类极具发展潜力的功能复合材料。因具有能耗小、质轻、驱动电压小、生物相容性、柔韧性好等优异特性,在仿生机器人和生物医学设备中有着广泛的应用前景。本文以聚吡咯(PPy)为驱动材料的导电聚合物作为研究对象,依据导电聚合物驱动器的工作原理,参考驱动器结构尺寸,针对自制的弯曲型导电聚合物驱动器搭建实验系统,研究其弯曲运动特性。本文的主要研究内容为:1、提出了两种建模方法:线性梁理论方法(分析方法)和基于热力学类比的有限元分析方法(黑箱方法),并且通过这两种方法分别建立了导电聚合物驱动器的等效悬臂梁力学模型和有限元分析模型。2、通过对不同长度的驱动器施加(0 V~1.0 V)低电压,测量其顶端弯曲变形量;通过研究驱动器的弯曲位移与电压、力与电压的关系,建立电压与等效均布载荷、电压与应变的线性函数关系以及电压与半径的指数函数关系,并且计算出合理的等效弯矩值;通过对驱动器10等分,验证了各等分点处的实测值与理论值的最大偏差对驱动器的正常工作影响比较小;通过分析驱动器弯曲位移与电压的关系及位移与频率的关系,建立电—机械转换模型,并且得出导电聚合物驱动器的电致伸缩特性具有频率低通性。3、提出了一种验证力学模型的实验方法。在距离驱动器的顶端1 mm处固定微型磁铁,通过驱动器举起其自身重量约为5倍的重物移动2.71 mm,验证了驱动器顶端可以承受力,同时表明了该方法是可行的。4、通过对比驱动器的真实应变与热应变,建立热—结构耦合模型,并使用有限元法(FEM)求解该模型;通过仿真结果与实验数据的对比,验证了该耦合模型模拟驱动器弯曲运动的有效性。5、设计制作出一款具有结构简单、能耗小、质轻等特点的微型抓取装置。
【关键词】：导电聚合物驱动器 悬臂梁模型 耦合模型 聚吡咯 ANSYS
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB381
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.2 国内外研究概况14-21
• 1.2.1 导电聚合物的研究现状14-18
• 1.2.2 导电聚合物的模型概述18-21
• 1.3 研究内容21-22
• 1.4 创新之处22
• 1.5 技术路线22-24
• 第2章 导电聚合物驱动器工作原理及实验搭建24-32
• 2.1 驱动器结构24-25
• 2.2 驱动器驱动机理25-26
• 2.3 实验系统搭建及运动测试26-31
• 2.3.1 实验系统搭建26-27
• 2.3.2 位移输出测试实验27-31
• 2.4 小结31-32
• 第3章 导电聚合物驱动器悬臂梁力学模型建立32-46
• 3.1 弯曲运动曲线模型32-37
• 3.1.1 挠曲线微分方程32-34
• 3.1.2 应力应变分析34-35
• 3.1.3 模型验证35-37
• 3.2 悬臂梁力学模型37-43
• 3.2.1 力学模型建立37-39
• 3.2.2 模型验证方法及实验结论39-43
• 3.3 电—机械转换模型的建立43-45
• 3.3.1 转换模型建立43-44
• 3.3.2 模型验证44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 导电聚合物驱动器热—结构耦合模型建立46-58
• 4.1 传热学理论知识46-49
• 4.1.1 传热基本方式46-47
• 4.1.2 导热基本定律、基本方程及边界条件47-49
• 4.2 热弹性力学基本理论49-50
• 4.3 驱动器的有限元模型建立及分析50-56
• 4.3.1 有限元分析50-52
• 4.3.2 热—结构耦合模型建立52-53
• 4.3.3 仿真结果及模型验证53-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第5章 柔性抓取装置设计58-63
• 5.1 抓取装置结构设计58-61
• 5.2 性能测试61-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第6章 结论与展望63-65
• 6.1 结论63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-73
• 攻读硕士学位期间的科研成果73-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郭闯强;吴春亚;邹添;张子健;刘宏;;介电弹性材料驱动器在机器人中的应用进展[J];哈尔滨工业大学学报;2016年01期

2 田素坤;王湘江;冯栋彦;王介鹏;赵祥龙;;基于梁理论的导电聚合物驱动器等效模型及实验验证（英文）[J];科学技术与工程;2015年31期

3 杨毅;王湘江;曾庆生;;导电聚合物驱动器的系统辨识和运动控制[J];中南大学学报(自然科学版);2014年04期

4 朱银龙;王化明;;介电型电活性聚合物驱动器机电耦合特性[J];农业机械学报;2013年12期

5 李宏宇;申利红;刘树明;;微孔壳结构PS核壳模板制备导电聚合物包覆复合微球[J];功能材料;2013年22期

6 陈花玲;王永泉;盛俊杰;常龙飞;王延杰;;电活性聚合物材料及其在驱动器中的应用研究[J];机械工程学报;2013年06期

7 陈明;林桂娟;宋德朝;;电活性聚合物微型发电机[J];光学精密工程;2010年11期

8 彭瀚e，

本文编号：1133796